周建东

[摘要]对于刚刚接触化学的初三学生来说，实验是他们开启化学之门的钥匙，是培养他们化学学习兴趣的源泉，是帮助学他们提升科学素养的基石。但是教材上的某些实验不能满足教学的要求，教师要大胆探索，有的可能需要改造仪器和装置的结构，有的可能需要改进实验的方法，还有的可能需要自制一些仪器和装置。总之，教师要想方设法使学生看到真实、清晰的实验现象，并能通过实验现象作出科学的分析和总结。

[关键词]实验 改进 蜡烛燃烧

[中图分类号] G633.8 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2016）050085

实验是化学的基础，是化学教学的重要内容和教学方式。但是由于种种原因，教材中设计的某些实验存在缺陷，或是师生操作不方便，或是实验现象不够明显，又或是实验过程过于复杂等。教师要创造条件，确保师生能顺利地完成各种实验。《蜡烛及其燃烧的探究》一直是令一些教师感到些许困惑的实验。这学期的教学工作中，笔者又遇到了同样的问题：这个实验看似很简单，但是照着教材的实验方法去做，实验现象并不是很明显。这次笔者下定决心去改进这个实验，经过半个多月的反复思考和尝试，终于有所收获。

一、问题的提出

1.该实验的意义

《蜡烛及其燃烧的探究》是上教版教材中第一章第二节“活动与探究”的内容，属于九年级化学起始部分的内容，是学生接触到的第一个较为完整的化学活动与探究的实验。因此，本课是化学实验的基础，是培养学生科学探究素养的开端，对整个初中化学乃至今后的化学学习起到至关重要的作用，所以需要教师给予足够的重视。本课题通过两个探究活动来加深学生对“化学是一门以实验为基础的科学”的认识。这两个探究活动是从学生的日常生活中提炼出来的，越是这样生活中熟悉的事物，通过教师的引导越能给学生以全新的感受和启示。该实验的目的是研究蜡烛在点燃前、燃着时、熄灭后三个阶段中所表现出的物理性质和化学性质。该实验的难点是让学生通过实验清晰地观察到蜡烛燃烧产生的水蒸气液化成小水滴，让学生观察到蜡烛燃烧产生的二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。通过实验还要让学生学会借助化学实验现象来验证化学反应产物的方法，让学生学会观察、分析、探究生活中看似非常普通的现象中所蕴含的化学知识和化学原理，逐步培养学生掌握化学学习方法，提高化学素养。

2.教材原实验的不足

对蜡烛燃烧产物水的检验，教材中使用“在蜡烛火焰上方罩一个干冷的烧杯，观察烧杯内壁的变化”的方法（见右图）。用此方法，

一般只能短时间地看到烧杯内壁出现一层水雾，主要原因是：（1）现有的教学条件下事先准备好干冷的烧杯直到该实验环节时再使用比较困难；（2）蜡烛燃烧时产生大量的热，而且九月份天气还很热，所以蜡烛燃烧时生成的水很快就蒸发了，这一现象稍纵即逝，学生很难观察到；（3）蜡烛在燃烧时候，由于烧杯底是封闭的，空气流通不畅使蜡烛燃烧不充分，常常会伴随着黑烟的产生，黑烟在烧杯壁和烧杯底部很容易形成炭黑，更不容易观察到水雾的形成。

对蜡烛燃烧产物二氧化碳的检验，教材中是用“向上述小烧杯（罩在火焰上方的小烧杯）中加入澄清石灰水，振荡，观察现象”。笔者与很多教师用这样的方法来进行检验，实际效果很不明显，基本上很难观察到澄清石灰水的变化，分析可能有以下原因：（1）由于二氧化碳的密度比空气大，原来倒置在蜡烛火焰上方的烧杯在取下来的过程中大部分二氧化碳已经逸散到空气中了；（2）蜡烛燃烧产生的热量使烧杯中的气体温度升高，当把烧杯口朝上时，烧杯中受热气体迅速上升，残留在烧杯中的二氧化碳气体的量太少，能与澄清石灰水接触的二氧化碳气体就更少了；（3）如果操作不慎，蜡烛和烧杯的距离控制不当，蜡烛燃烧产生的炭黑就会附着在烧杯壁上，在倒入澄清石灰水后，看到的是黑色悬浮物，就更难看到石灰水变浑浊的现象了。

也有教师提出这样的改进方案：在火焰上方罩一个内壁蘸有澄清石灰水的烧杯。经过多次尝试，发现仍然不能清晰地观察到石灰水变浑浊的现象。分析原因：（1）由于氢氧化钙本身在水中的溶解度不大，烧杯内壁能附着的石灰水又很少，因此其中溶解的氢氧化钙就更少了；（2）蜡烛燃烧放出热量，导致烧杯壁的水分蒸发，即使有碳酸钙生成也很难看到浑浊。另外还有学生曾提出质疑：烧杯内壁变浑浊是不是因为水被蒸干了，石灰水中原本溶解的物质残留使烧杯内壁变浑浊呢？

正如以上笔者的实际教学体验和反思，教材中原有的这个实验由于种种原因，在教学过程中很难呈现出清晰的实验现象。对于这个实验的教学，很多教师采取的方法是自圆其说地讲述实验中“应该看到的现象”，“明明没有看到”被说成“应该看到”，给学生留下了怀疑教师、怀疑实验的机会；或是有的教师干脆让学生听写和死记硬背实验现象，这些方法显然都是不可取的。化学以实验为基础，特别是在学生学习化学之初，当教师发现自己所做的实验不能达到预期的实验目的时，就应该主动地反思自己的实验过程、实验操作和实验方法是否有误，或是应该想方设法对原有实验进行一定的改进或重新设计。下面来阐述笔者对该实验装置的改进。

二、改进装置的说明

1.结构和功能

改进后的实验装置主要分成三个部分，由下至上分别是：（1）倒置的漏斗——主要用于收集和输导蜡烛燃烧生成的热的水蒸气和二氧化碳；（2）一根长约15cm的长导管——主要用于输导二氧化碳和水蒸气，同时让部分水蒸气在其中冷凝；（3）两端都开口的长约10cm的大玻璃管（可由破试管截取制成）——主要用于盛放少量的澄清石灰水来检验二氧化碳的生成，同时让部分水蒸气在大玻璃管内壁冷凝。

2.原理和使用方法

根据理想气体状态方程（PV=nRT），在气压一定的情况下（P一定），相同物质的量（n相同）的空气，温度高的（T大的）体积比较大（V大），R是常量不变。从微观来讲，受热之后气体分子之间的距离变大，导致体积变大。由ρ=m/v可知，质量一定的气体，体积大的密度小，所以二氧化碳受热后密度减小，逐渐上升。由于倒置的漏斗通过与长导管连接形成了一条上下相连的通道，易于使上升的水蒸气和二氧化碳被倒置的漏斗收集，并且能沿着长导管继续上升，大部分水蒸气在漏斗和长导管中冷凝形成水雾。二氧化碳气体则仍能继续上升一段，经过多次实验发现：由于密度比空气大，上升的二氧化碳在经过了约15cm长的导管和石灰水的冷却后又下沉，容易下降回到大玻璃管中，接触到澄清石灰水后，使澄清石灰水从液面开始变浑浊。具体使用该装置时要注意蜡烛的外焰与漏斗的上下距离。经过多次实验比较，发现两者距离控制在3cm左右实验效果较好。

3.主要优点

（1）实验时，装置是固定在铁架台上的，既方便实验操作，又避免了因为手拿装置造成漏斗与蜡烛间的距离改变，影响实验现象；

（2）由于下端的漏斗通过与长导管连接形成了一条上下相连的通道，蜡烛燃烧产生的热的水蒸气和二氧化碳容易上升被倒置的漏斗收集；

（3）长导管能使水蒸气发生冷凝并便于观察水雾的形成，且形成的水雾短时间不易散失；

（4）通过观察长导管的内壁和大玻璃管中澄清石灰水的变化，可以同时验证蜡烛燃烧是否有水和二氧化碳生成，且实验现象比较明显；

（5）该装置制作简单、取材方便，只要利用实验室中常见的三角漏斗、导管、橡皮塞、橡皮管、破试管等进行简单连接就可制成；

（5）该装置同样适用于检验酒精、甲烷、氢气等燃烧时是否有水或二氧化碳生成。

三、改进的收获与反思

在这次对《蜡烛及其燃烧的探究》的实验改进中，笔者经历了：遇到问题——寻求解决——反复思考——不断试验——制成装置——完善装置这样一系列的过程，虽然遇到了不少问题和困难，花了很多时间，但是收获很多。首先，改进的装置是很有实用价值的，能完成对蜡烛燃烧生成的水蒸气和二氧化碳的检验，而且实验现象比较明显；其次，经历了自己的反复思考和不断试验，最终制得改进装置是非常令人愉悦和满足的，笔者很享受这个过程；再次，经历了这次实验装置的改进和自制后，笔者更加坚定了自己做好实验教学的信心。在今后的化学实验教学过程中，笔者一定要善于发现问题、勤于思考问题、努力解决问题，让自己和学生一起享受化学实验带来的乐趣。

（责任编辑 罗 艳）